Biologie-Kennis.nl

Abiotische synthese van macromoleculen.

De aanwezigheid van kleine organische moleculen, zoals aminozuren, is niet voldoende voor het ontstaan van leven zoals wij het kennen. Elke cel heeft een uitgebreid assortiment van macromoleculen, met inbegrip van enzymen en andere eiwitten en de nucleïnezuren die ssentieel zijn voor zelf-replicatie. Zouden dergelijke macromoleculen zich gevormd hebben op de vroege aarde? Door druppels van oplossingen van aminozuren op hete zand, klei, of rock, zijn de onderzoekers in staat geweest om aminozuur polymeren te produceren. De polymeren gevormd spontaan, zonder de hulp van enzymen of ribosomen. Dit in tegenstelling tot eiwitten, deze polymeren zijn een complexe mix van met elkaar verbonden en verknopte aminozuren. Niettemin is het mogelijk dat dergelijke polymeren kunnen hebben gewerkt als zwakke katalysatoren voor een verscheidenheid van reacties op de vroege aarde.

Protobionten.

Twee belangrijke eigenschappen van het leven zijn nauwkeurige replicatie en de stofwisseling. Geen eigenschap kan bestaan zonder het andere. DNA-moleculen dragen genetische informatie, met inbegrip van de instructies die nodig zijn om zichzelf nauwkeurig voortplanten. Maar de replicatie van DNA vereist uitgebreide enzymatische machines, samen met een uitgebreid aanbod van nucleotide bouwstenen die moeten worden verstrekt door het metabolisme van de cel. Hoewel Miller-Urey-type experimenten hebben aangetoond dat het bestaan van enkele van de nitrogenous basen van het DNA en RNA kon, hebben ze niets dergelijks als nucleotiden geproduceerd. Omdat bouwstenen van nucleïnezuren geen deel uitmaakten van de vroege biologische soep, moeten zelfreplicerende moleculen en een metabolisme-achtige bronnen van de bouwstenen tegelijk zijn verschenen. Hoe kon dat gebeuren? De noodzakelijke voorwaarden kan aan voldaan worden met protobionts, collecties van abiotische bondgenoot geproduceerd moleculen omgeven door een membraan-achtige structuur. Protobionts vertonen enkele eigenschappen van het leven, waaronder eenvoudige voortplanting en de stofwisseling, evenals het onderhoud van een intern chemisch milieu dat verschilt van van hun omgeving. Laboratorium experimenten tonen aan dat protobionts spontaan gevormd kunnen worden abiotisch geproduceerde organische verbindingen. Bepaalde kleine membraan begrensd druppels genaamd liposomen kunnen vormen wanneer lipiden of andere organische moleculen worden toegevoegd aan water. De hydrofobe moleculen in het mengsel organiseren zich in een bilaag aan het oppervlak van de druppel, net als de lipide dubbellaag van een plasma membraan. Liposomen kunnen zich reproduceren, en omdat hun bilaag selectief doorlatend is, ondergaan liposomen osmotische zwelling of krimpen ze wanneer ze geplaatst worden in oplossingen van verschillende concentraties opgeloste stof. Sommige van deze liposomen kunnen eenvoudige metabolische reacties ondergaan, een andere belangrijke stap in de richting van de oorsprong van het leven.